Een wetenschappelijke manier om warmte-energie te definiëren

De meeste mensen gebruiken het woord warmte om iets te beschrijven dat warm aanvoelt, maar in de wetenschap worden thermodynamische vergelijkingen, in het bijzonder warmte, gedefinieerd als de stroom van energie tussen twee systemen door middel van kinetische energie. Dit kan de vorm aannemen van energieoverdracht van een warm object naar een koeler object. Eenvoudig gezegd, warmte-energie, ook thermische energie of gewoon warmte genoemd, wordt van de ene naar de andere locatie overgedragen door deeltjes die op elkaar stuiteren. Alle materie bevat warmte-energie, en hoe meer warmte-energie aanwezig is, hoe heter een item of gebied zal zijn.

Warmte versus temperatuur

Het onderscheid tussen warmte en temperatuur is subtiel maar erg belangrijk. Warmte verwijst naar de overdracht van energie tussen systemen (of lichamen), terwijl temperatuur wordt bepaald door de energie in een enkelvoudig systeem (of lichaam). Met andere woorden, warmte is energie, terwijl temperatuur een maat voor energie is. Het toevoegen van warmte verhoogt de lichaamstemperatuur, terwijl het verwijderen van warmte de temperatuur verlaagt, dus veranderingen in temperatuur zijn het gevolg van de aanwezigheid van warmte, of omgekeerd, het gebrek aan warmte.

U kunt de temperatuur van een kamer meten door een thermometer in de kamer te plaatsen en de omgevingstemperatuur te meten. U kunt warmte toevoegen aan een kamer door een ruimteverwarming in te schakelen. Terwijl de warmte aan de kamer wordt toegevoegd, stijgt de temperatuur.

Deeltjes hebben meer energie bij hogere temperaturen, en wanneer deze energie van het ene systeem naar het andere wordt overgedragen, zullen de snel bewegende deeltjes botsen met langzamer bewegende deeltjes. Terwijl ze botsen, zal het snellere deeltje een deel van zijn energie overdragen aan het langzamere deeltje, en het proces zal doorgaan totdat alle deeltjes met dezelfde snelheid werken. Dit wordt thermisch evenwicht genoemd.

Eenheden warmte

De SI-eenheid voor warmte is een vorm van energie die de joule (J) wordt genoemd. Warmte wordt vaak ook gemeten in de calorie (cal), die wordt gedefinieerd als "de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van een gram water te verhogen van 14,5 graden Celsius naar 15,5 graden Celsius." Warmte wordt soms ook gemeten in "Britse thermische eenheden" of Btu.

Tekenconventies voor warmte-energieoverdracht

In fysieke vergelijkingen wordt de hoeveelheid overgedragen warmte meestal aangegeven met het symbool Q. Warmteoverdracht kan worden aangegeven met een positief of negatief getal. Warmte die vrijkomt in de omgeving wordt geschreven als een negatieve hoeveelheid (Q 0).

Manieren om warmte over te dragen

Er zijn drie basismanieren om warmte over te dragen: convectie, geleiding en straling. Veel huizen worden verwarmd door het convectieproces, dat warmte-energie via gassen of vloeistoffen overbrengt. Als de lucht in huis wordt verwarmd, krijgen de deeltjes warmte-energie waardoor ze sneller kunnen bewegen en de koelere deeltjes worden opgewarmd. Omdat hete lucht minder dicht is dan koude lucht, zal deze stijgen. Terwijl de koelere lucht valt, kan deze in onze verwarmingssystemen worden gezogen waardoor de snellere deeltjes weer de lucht kunnen opwarmen. Dit wordt beschouwd als een circulaire luchtstroom en wordt een convectiestroom genoemd. Deze stromingen omcirkelen en verwarmen onze huizen.

Het geleidingsproces is de overdracht van warmte-energie van de ene vaste stof naar de andere, in feite twee dingen die elkaar raken. We kunnen een voorbeeld hiervan zien wanneer we op het fornuis koken. Wanneer we de koele pan op de hete brander plaatsen, wordt warmte-energie overgedragen van de brander naar de pan, die op zijn beurt opwarmt.

Straling is een proces waarbij warmte door plaatsen stroomt waar zich geen moleculen bevinden en is eigenlijk een vorm van elektromagnetische energie. Elk item waarvan de warmte kan worden gevoeld zonder directe verbinding, straalt energie uit. Je kunt dit zien in de hitte van de zon, het gevoel van warmte dat uit een vreugdevuur komt dat een paar meter van je verwijderd is, en zelfs in het feit dat kamers vol mensen van nature warmer zijn dan lege kamers omdat het lichaam van elke persoon warmte uitstraalt.